成像光谱仪扫描镜运动准确度测量

　　0　引言

　　成像光谱仪是一种“谱像合一”的仪器，它利用狭缝将望远镜和光谱仪有机地结合在一起，将景物像元的光谱分成几十乃至上百个光谱通道，从而使其焦平面阵列探测器每个像元所接收到的能量大为降低，直接导致信噪比严重下降，无法满足应用需求.根据信噪比方程，要获得更高的信噪比，在系统的光学参量和探测器都确定的情况下，只有通过增加积分时间来实现[1-5].

　　扫描镜运动补偿是增加积分时间的有效方法之一，高分辨率成像光谱仪(HighResolution　Imaging　Spectrometer，HIRIS)[6]、沿海海洋成像光谱仪(Costal　Ocean　ImagingSpectrometer，COIS)[7]等成像光谱仪都采用了该方法增加积分时间以提高信噪比.这也是当前焦平面器件帧频限制条件下为获得高分辨率图像不得不采取的措施[8].扫描镜的运动误差(包括位置误差和速度误差)会导致地面目标在成像光谱仪像面上产生像移残差，降低系统传函，因此扫描机构必须具有足够的运动准确度.而扫描镜的准确度要求直接决定了其研制成本、发射重量和研制周期，因此有必要从理论上分析运动误差对成像质量的影响，从而提出合理的扫描镜技术指标要求，并为后期的扫描镜性能检测提供理论指导.在此基础上必须建立一套合理的运动准确度测试设备，对扫描镜准确度指标进行测试，作为扫描镜性能调试依据和产品验收根据.

　　1　扫描镜运动补偿准确度要求

　　1.1　扫描镜运动补偿原理

　　运动补偿原理如图1.扫描镜与卫星飞行方向成45°放置时成像光谱仪将对星下点进行观测，在卫星平台位于1位置时将扫描镜转动α/2角，使瞬时视场光轴沿飞行方向前摆α角指向星下点B1前方的D1点，然后控制扫描镜按一定规律转动，使光轴逆飞行方向相对卫星平台后摆，到3位置完成一次 运动补偿.然后再迅速调整扫描镜，使光轴由C1点指向B1点，进行下一次运动补偿.若平台由1位置飞行到3位置对应的星下点距离为A1B1=nL，对应的地面观测距离C1D1=L，则相对于不作运动补偿情况，探测器对目标区域C1D1的积分时间增大为n倍.

　　结合卫星飞行参量，推导出扫描镜运动补偿曲线如图2.扫描镜应严格按理论曲线所示的位置及对应的角速度运动，实现像移补偿;否则，在成像光谱仪焦平面上就会产生像移匹配误差，降低系统传函.然而，理想的扫描镜是不存在的，有必要对扫描镜所需的运动准确度进行理论分析，以便给出合理的性能指标要求，并为扫描镜验收提供理论指导。

　　1.2　扫描镜运动补偿准确度要求的确定

　　扫描镜的运动补偿准确度包括位置准确度和速度准确度两部分，根据成像光谱仪对扫描镜的功能需求可以分别确定这两方面的要求.